Vliyanie mezhzvezdnoi sredy na stroenie geliosfery

1. Vvedenie

V oktyabre 1997 goda ispolnilos' 40 let s teh por, kak kosmicheskie apparaty nachali issledovat' okruzhayushee nas kosmicheskoe prostranstvo. Uzhe pervye pryamye izmereniya parametrov mezhplanetnoi plazmy pri pomoshi kosmicheskih apparatov LUNA 2, LUNA 3 i VENERA 1 priveli k zamechatel'nomu eksperimental'nomu otkrytiyu, sdelannomu gruppoi K.I. Gringauza, – obnaruzheniyu yavleniya solnechnogo vetra, kotoroe v 1958 godu bylo teoreticheski predskazano amerikanskim fizikom E. Parkerom.

Solnechnyi veter predstavlyaet soboi potok polnost'yu ionizovannoi vodorodnoi plazmy, kotoryi s bol'shoi sverhzvukovoi skorost'yu (bol'she 400 km/s) vytekaet iz Solnca v mezhplanetnuyu sredu, zapolnyaya ee. Temperatura solnechnogo vetra okolo neskol'kih sot tysyach gradusov po Kel'vinu. V nastoyashee vremya kosmicheskie apparaty VOYaDZhER 1 i 2, PIONER 10 i 11 izuchayut mezhplanetnuyu sredu na rasstoyaniyah v neskol'ko desyatkov astronomicheskih edinic (a.e.) ot Solnca. I dlya pravil'nogo ponimaniya proishodyashih v mezhplanetnoi srede processov neobhodimo ponyat' harakter ee vzaimodeistviya s okruzhayushei Solnechnuyu sistemu mezhzvezdnoi sredoi. Eto vzaimodeistvie mozhet byt' sushestvennym na takih bol'shih geliocentricheskih rasstoyaniyah. V chastnosti, solnechnyi veter mozhet byt' ogranichen davleniem mezhzvezdnogo gaza. Oblast', zapolnennuyu plazmoi solnechnogo proishozhdeniya, prinyato nazyvat' ">geliosferoi.

Eshe v 1961 godu Parker predpolozhil, chto na solnechnuyu sistemu nabegaet dozvukovoi potok gaza mezhzvezdnoi sredy, kotoryi gazodinamicheskim obrazom vzaimodeistvuet s plazmoi solnechnogo vetra. On predpolozhil takzhe, chto dlya opisaniya kartiny voznikayushego pri etom techeniya spravedlivy gidrodinamicheskie uravneniya Eilera. Postroennaya Parkerom model' delit vsyu oblast' techeniya na tri podoblasti: sverhzvukovoi solnechnyi veter, dozvukovoi solnechnyi veter, proshedshii cherez geliosfernuyu udarnuyu volnu, i potok neszhimaemogo (skorost' mnogo men'she skorosti zvuka) mezhzvezdnogo gaza, kotoryi otdelyaetsya ot solnechnogo vetra kontaktnoi poverhnost'yu, nazvannoi vposledstvii geliopauzoi.

Al'ternativnaya model', predlozhennaya v 1970 godu sovetskimi fizikami V.B. Baranovym, K.V. Krasnobaevym i A.G. Kulikovskim, osnovana na sverhzvukovom obtekanii Solnechnoi sistemy mezhzvezdnym gazom. Ispol'zovalos' predpolozhenie, chto napravlenie dvizheniya mezhzvezdnogo gaza otnositel'no Solnechnoi sistemy i ego skorost' imeyut to zhe napravlenie k ceapeksu i tu zhe skorost' dvizheniya, chto i Solnce (otnositel'no blizhaishih zvezd). Eta skorost' sostavlyaet 20 km/s, a napravlenie na apeks – ugol 53° k ploskosti ekliptiki. Pri temperature mezhzvezdnogo gaza poryadka 10 000 K velichina skorosti 20 km/s yavlyaetsya sverhzvukovoi s chislom Maha (otnosheniem skorosti k skorosti zvuka) M = 2. V takoi modeli po sravneniyu s model'yu Parkera imeetsya eshe odin fizicheskii element, a imenno golovnaya udarnaya volna, kotoraya sozdaet dopolnitel'nuyu oblast' szhatogo v etoi udarnoi volne mezhzvezdnogo gaza. Uzhe pervye eksperimenty po rasseyannomu solnechnomu izlucheniyu v linii L_α na kosmicheskih apparatah pokazali, chto iz mezhzvezdnoi sredy v Solnechnuyu sistemu dvizhetsya potok atomov vodoroda so skorost'yu okolo 20 km/s i s temperaturoi poryadka 10 000 K, to est' skorost' potoka okazyvaetsya sverhzvukovoi.

Eta model' ispol'zuetsya v nastoyashee vremya dlya interpretacii eksperimental'nyh dannyh, poluchaemyh na kosmicheskih apparatah VOYaDZhER, PIONER, ULISS, SOHO i dr., issleduyushih otdalennye oblasti Solnechnoi sistemy. V nachale sleduyushego stoletiya v SShA namechayutsya zapuski special'nyh zondov (INTERSTELLAR PROBE – MEZhZVEZDNY' ZOND i INTERSTELLAR PATHFINDER – MEZhZVEZDNY' ShTURMAN), odnoi iz osnovnyh celei kotoryh yavlyaetsya pryamoe issledovanie oblasti neposredstvennogo kontakta mezhplanetnoi i mezhzvezdnoi sred. Na ris. 1 pokazany geliocentricheskie rasstoyaniya kosmicheskih apparatov v razlichnye momenty vremeni. V 2012 godu, kak vidno iz ris. 1, apparaty VOYaDZhER 1 i MEZhZVEZDNY' ZOND budut primerno na odinakovom rasstoyanii v 120 a.e. ot Solnca. Imenno na takih rasstoyaniyah, kak predskazyvaet gazodinamicheskaya teoriya, nahoditsya oblast' naibolee sil'nogo vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi, opredelyayushaya granicy geliosfery. Fizicheskaya zhe granica geliosfery yavlyaetsya dovol'no tonkoi po sravneniyu s ee razmerami, esli verno gazodinamicheskoe priblizhenie, i nazyvaetsya geliopauzoi. Perspektiva dostizheniya etoi granicy kosmicheskimi apparatami v blizhaishem budushem pridaet osoboe znachenie predskazatel'nym vozmozhnostyam gazodinamicheskih modelei.

Ris. 1. Geliocentricheskie rasstoyaniya r amerikanskih kosmicheskih apparatov VOYaDZhER 1 (V1), VOYaDZhER 2 (V2), PIONER 10 (P10) i PIONER 11 (P11) kak funkciya vremeni. Pokazana traektoriya kosmicheskogo apparata MEZhZVEZDNY' ZOND (MZ) (predpolagaemyi zapusk v SShA v nachale sleduyushego stoletiya)

2. Istoriya razvitiya gazodinamicheskih modelei

Sozdanie teoreticheskoi modeli vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi, kotoraya mogla by udovletvoritel'no ob'yasnit' nablyudaemye fizicheskie yavleniya, aktual'no po dvum prichinam. Vo-pervyh, pravil'naya interpretaciya nablyudaemyh fizicheskih yavlenii, takih, naprimer, kak rasseyannoe solnechnoe izluchenie na dlinah voln 1216 i 584 angstrem (dlya atomov N i Ne sootvetstvenno) ili modulyaciya galakticheskih kosmicheskih luchei, vozmozhna tol'ko na osnove adekvatnoi teoreticheskoi modeli. Vo-vtoryh, vnutrenne neprotivorechivaya teoreticheskaya model' daet vozmozhnost', pol'zuyas' znacheniyami horosho izmeryaemyh velichin v fizicheskom eksperimente, opredelyat' ploho izmeryaemye (ili voobshe neizmeryaemye), naprimer stepen' ionizacii i magnitnye polya lokal'noi mezhzvezdnoi sredy.

V 1961 godu, kogda Parker sozdal kolichestvennuyu gazodinamicheskuyu model' vzaimodeistviya zvezdnogo vetra (analogichnogo solnechnomu) s mezhzvezdnym gazom, eshe ne bylo nablyudenii dvizheniya mezhzvezdnogo gaza otnositel'no zvezd i, v chastnosti, Solnca. Poetomu Parker rassmotrel tri vozmozhnye modeli istecheniya sverhzvukovogo zvezdnogo vetra: (a) v mezhzvezdnyi gaz, nahodyashiisya v pokoe; (b) v mezhzvezdnyi gaz, dvizhushiisya s malen'koi dozvukovoi skorost'yu, pri kotoroi etot gaz mozhno schitat' neszhimaemoi zhidkost'yu, i (v) v odnorodnoe magnitnoe pole, davlenie kotorogo mnogo bol'she davleniya gaza (kak staticheskogo, tak i dinamicheskogo).

Ris. 2. Obshaya kartina obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom v dozvukovoi modeli Parkera. Solnce kak istochnik solnechnogo vetra nahoditsya v nachale koordinat. Poverhnost', otdelyayushaya gaz mezhzvezdnoi sredy ot solnechnogo vetra, izobrazhena liniei HP (geliopauzoi). S gazodinamicheskoi tochki zreniya geliopauza predstavlyaet soboi tangencial'nyi razryv. z=1 – rasstoyanie do geliopauzy

Na ris. 2 pokazana kartina techeniya v modeli (b) teorii Parkera. Na nei izobrazheny linii toka mezhzvezdnogo gaza, tekushego sleva napravo, i solnechnogo vetra, istochnikom kotorogo yavlyaetsya Solnce, pomeshennoe v nachalo koordinat. Liniya HP , sootvetstvuyushaya granice, otdelyayushei mezhzvezdnyi gaz ot plazmy solnechnogo vetra, i est' geliopauza, geliocentricheskoe rasstoyanie kotoroi vdol' osi simmetrii (osi 0z) ravno L₀. Tormozhenie solnechnogo vetra do dozvukovoi skorosti dolzhno proishodit' v rassmotrennom Parkerom sluchae obyazatel'no cherez udarnuyu volnu, kotoraya v priblizhenii neszhimaemogo mezhzvezdnogo gaza dolzhna byt' sfericheskoi. Na ris. 2 ona ne pokazana, poskol'ku v modeli Parkera ee geliocentricheskoe rasstoyanie mnogo men'she rasstoyaniya L₀ do geliopauzy.

Kachestvennaya kartina techeniya gaza v modeli sverhzvukovogo obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom predstavlena na ris. 3. Zdes' BS (bow shock) – golovnaya udarnaya volna, obrazuyushayasya v plazmennoi komponente mezhzvezdnogo gaza, skorost' kotorogo napravlena sleva napravo; TS (termination shock) – geliosfernaya udarnaya volna, obrazuyushayasya v plazme solnechnogo vetra pri ego tormozhenii na mezhzvezdnoi srede. Atomy vodoroda pronikayut cherez tangencial'nyi razryv (geliopauzu – heliopause HP), vzaimodeistvuya s plazmennoi komponentoi vo vsei oblasti techeniya vsledstvie processov perezaryadki atomov H i protonov. Fizicheskii smysl perezaryadki, posredstvom kotoroi proishodit obmen impul'som i energiei mezhdu plazmennoi komponentoi i atomami N, pokazan na ris. 4.

Samosoglasovannaya model' vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi, uchityvayushaya konechnuyu stepen' ionizacii poslednei, byla postroena V.B. Baranovym i Yu.G. Malamoi tol'ko v 1993 godu.

Ris. 3. Obshaya kartina obtekaniya solnechnogo vetra sverhzvukovym potokom mezhzvezdnogo gaza, sostoyashim iz plazmennoi komponenty (elektrony e i protony H+) i neitral'nyh atomov vodoroda N. Kak i na ris. 2, HP – geliopauza, Solnce nahoditsya v nachale koordinat. Shtrihovoi liniei pokazana vozmozhnaya traektoriya atoma vodoroda

3. Sovremennaya model' obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom

Eksperimenty po rasseyannomu solnechnomu izlucheniyu dokazali nalichie dvizheniya atomov N i Ne otnositel'no Solnca. Eto dvizhenie yavlyaetsya sverhzvukovym (ego skorost' okolo 25 km/s, temperatura okolo 8 000 K), a vektor skorosti lezhit pochti v ploskosti ekliptiki. Poslednee obstoyatel'stvo privodit k vyvodu, chto imeet mesto sobstvennoe dvizhenie mezhzvezdnogo gaza, to est' ego dvizhenie otnositel'no Solnechnoi sistemy ne yavlyaetsya tol'ko sledstviem dvizheniya zvezd otnositel'no drug druga, kak eto predpolagalos' v pervyh modelyah.

Ris. 4. Kachestvennaya kartina, poyasnyayushaya fizicheskii process perezaryadki

Net somneniya, chto mezhzvezdnyi gaz yavlyaetsya chastichno ionizovannym. Pri etom est' dostatochnye osnovaniya dlya matematicheskogo opisaniya vzaimodeistviya plazmennoi komponenty mezhzvezdnoi sredy (elektronov i protonov) s solnechnym vetrom, chtoby ispol'zovat' gidrodinamicheskoe priblizhenie, to est' priblizhenie, osnovannoe na uravneniyah Eilera. Dlina zhe svobodnogo probega atomov N sravnima s razmerami geliosfery. Poetomu opisanie dvizheniya mezhzvezdnogo vodoroda na osnove gidrodinamicheskih predstavlenii ne budet korrektnym. Dlya kolichestvennogo opisaniya vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi mozhno primenit' gidrodinamicheskii podhod dlya plazmennoi komponenty i metod Monte-Karlo dlya polucheniya srednih harakteristik potoka atomov vodoroda. Pri etom ispol'zovalis' uravneniya Eilera s "istochnikovymi" chlenami, otrazhayushimi dobavlenie k plazmennoi komponente impul'sa i energii vsledstvie processov perezaryadki protonov s atomami vodoroda. Eti istochnikovye chleny vychislyali putem razygryvaniya traektorii atomov N v pole gidrodinamicheskih parametrov plazmy, v pole sil solnechnoi gravitacii i solnechnogo radiacionnogo davleniya – metodom Monte-Karlo. Poslednii metod identichen primeneniyu kineticheskogo uravneniya Bol'cmana dlya opisaniya dvizheniya neitral'nyh atomov vodoroda. Zdes' sleduet otmetit', chto atomy geliya, dvizhushiesya iz mezhzvezdnoi sredy v Solnechnuyu sistemu, prakticheski ne vzaimodeistvuyut s plazmennoi komponentoi iz-za malogo effektivnogo secheniya perezaryadki s protonami. Kachestvennaya kartina voznikayushego techeniya pokazana na ris. 3.

Ris. 5. Kolichestvennye rezul'taty raschetov osesimmetrichnoi modeli Baranova i Malamy obtekaniya solnechnogo vetra sverhzvukovym potokom mezhzvezdnogo gaza. Shtrihovye linii otnosyatsya k raschetam bez ucheta processov perezaryadki (sm. ris. 4), sploshnye linii – k raschetam, uchityvayushim etot process. Vse oboznacheniya te zhe, chto i na ris. 3, no v hvostovoi oblasti kartina techeniya uslozhnyaetsya nalichiem diska Maha ( MD), tangencial'nym razryvom ( TD) i otrazhennoi udarnoi volnoi ( RS) v troinoi tochke A

Dlya polnogo resheniya zadachi neobhodimy granichnye usloviya, v kachestve kotoryh byli ispol'zovany sootnosheniya Gyugonio na udarnyh volnah BS i TS, usloviya ravenstva nulyu normal'noi k HP komponenty skorosti plazmy i ravenstvo davlenii na etoi poverhnosti, a takzhe zadannye znacheniya parametrov solnechnogo vetra na orbite Zemli. V kachestve granichnogo usloviya dlya atomov vodoroda zadavalos' raspredelenie Maksvella po skorostyam v mezhzvezdnoi srede. Gidrodinamicheskaya chast' zadachi reshalas' chislennymi metodami. Pri etom rassmatrivalos' osesimmetrichnoe stacionarnoe techenie, v kotorom os' simmetrii sovpadaet s napravleniem vektora skorosti mezhzvezdnogo gaza. Risunok 5 predstavlyaet geometricheskuyu kartinu techeniya, poluchennuyu v rezul'tate chislennyh raschetov Baranovym i Malamoi. Shtrihovymi liniyami izobrazhena kartina techeniya pri otsutstvii neitral'nyh atomov N v mezhzvezdnoi srede, sploshnymi liniyami – golovnaya udarnaya volna BS, geliosfernaya udarnaya volna TS i geliopauza HP pri koncentracii atomov vodoroda v mezhzvezdnoi srede, ravnoi 0,14 chasticy v 1 sm³. Dlya plazmy prinimali sleduyushie znacheniya parametrov v mezhzvezdnoi srede (indeks ∞) i na orbite Zemli (indeks E):

Nalichie atomov vodoroda vyzyvaet sushestvennoe izmenenie vsei kartiny techeniya (ris. 5). Vo-pervyh, processy perezaryadki privodyat k dovol'no sil'nomu umen'sheniyu razmerov geliosfery, pri kotorom vse skachki plazmennyh parametrov stanovyatsya dostupnymi pryamym izmereniyam pri pomoshi kosmicheskih apparatov. V chastnosti, geliosfernaya udarnaya volna okazyvaetsya na rasstoyanii primerno 100 a.e. Kosmicheskie apparaty VOYaDZhER 1, VOYaDZhER 2 i MEZhZVEZDNY' ZOND budut nahodit'sya na takih rasstoyaniyah v pervom desyatiletii sleduyushego stoletiya (ris. 1), i mozhno nadeyat'sya na ih pryamoe peresechenie geliosfernoi udarnoi volny. Koncentraciya protonov v lokal'noi mezhzvezdnoi srede yavlyaetsya ploho opredelyaemym parametrom v otlichie ot koncentracii atomov N, kotoraya dovol'no nadezhno izmeryaetsya pri pomoshi izmerenii rasseyannogo solnechnogo izlucheniya v linii L_α. Poetomu protonnaya koncentraciya mozhet izmenyat'sya v dovol'no shirokih predelah. V chastnosti, uvelichenie znacheniya etogo parametra v mezhzvezdnoi srede privodit k eshe bol'shemu (po sravneniyu s predstavlennymi na ris. 5 rezul'tatami) umen'sheniyu razmerov geliosfery. Vo-vtoryh, nalichie processov perezaryadki kachestvenno menyaet techenie v hvoste geliosfery (imenno v etom napravlenii dvizhetsya kosmicheskii apparat PIONER 10) i v oblasti mezhdu geliopauzoi i geliosfernoi udarnoi volnoi. V poslednei oblasti techenie stanovitsya polnost'yu dozvukovym iz-za razogreva plazmy vsledstvie processov perezaryadki (v sluchae otsutstviya atomov N na ris. 5 izobrazheny "zvukovye" linii, otdelyayushie dozvukovoe techenie v lobovoi chasti ot sverhzvukovogo v kryl'yah geliosfery). V hvostovoi zhe oblasti slozhnaya kartina techeniya, sostoyashaya iz diska Maha MD, tangencial'nogo razryva TD i otrazhennoi udarnoi volny RS v troinoi tochke A, zamenyaetsya gladkoi geliosfernoi udarnoi volnoi TS.

Ris. 6. Rasstoyaniya do poverhnostei BS, TS i HP., izobrazhennyh na ris. 3 i 5, vdol' osi simmetrii i v "podvetrennom" napravlenii kak funkcii elektronnyh koncentracii v mezhzvezdnoi srede ne ∞ pri koncentracii nH ∞=0,14 sm-3 atomov vodoroda v nei. Tochkami oboznacheny znacheniya sootvetstvuyushih rasstoyanii dlya ne ∞=0,07 sm-3 i nH ∞=0.

Dal'neishie raschety pokazali, chto pri umen'shenii koncentracii protonov v mezhzvezdnoi srede uvelichivaetsya kolichestvo atomov vodoroda, pronikayushih v solnechnyi veter iz mezhzvezdnoi sredy, to est' umen'shaetsya svoeobraznaya rol' "fil'tra", kotoruyu igraet oblast' mezhdu udarnoi volnoi BS i geliopauzoi HP (esli by zaryazhennye chasticy otsutstvovali v mezhzvezdnoi srede, to etot fil'tr ne mog by obrazovat'sya iz-za otsutstviya v etom sluchae geliopauzy i golovnoi udarnoi volny). Uvelichenie koncentracii atomov N mezhzvezdnoi sredy v solnechnom vetre privodit k uvelicheniyu tormozheniya poslednego eshe do geliosfernoi udarnoi volny. Esli koncentraciya protonov v lokal'noi srede okazhetsya dostatochno maloi, etot effekt mozhet byt' nablyudaem kosmicheskimi apparatami do peresecheniya imi geliosfernoi udarnoi volny.

Chtoby luchshe orientirovat'sya v real'noi vozmozhnosti peresecheniya kosmicheskimi apparatami poverhnostei sil'nyh razryvov parametrov plazmy (udarnyh voln BS, TS i geliopauzy HP), rasschitany ih polozheniya v "podvetrennoi" storone (to est' v napravlenii nabegayushego potoka mezhzvezdnoi sredy) i vdol' osi simmetrii kak funkcii koncentracii protonov i atomov N v lokal'noi mezhzvezdnoi srede. Rezul'taty etih raschetov predstavleny na ris. 6.

4. Nauchnaya programma eksperimental'nyh issledovanii geliosfery

Nauchnuyu programmu issledovaniya geliosfery i stepeni vozdeistviya na nee lokal'noi mezhzvezdnoi sredy mozhno uslovno razdelit' na dve chasti: pryamye izmereniya parametrov i kosvennye. K poslednim otnosyatsya, naprimer, upomyanutye vyshe izmereniya parametrov (skorosti, plotnosti i temperatury) neitral'nyh atomov vodoroda i geliya po izmereniyam rasseyannogo solnechnogo izlucheniya na dlinah voln 1216 i 584 sootvetstvenno. Dlya pravil'nogo opredeleniya parametrov v takogo roda izmereniyah trebuetsya teoreticheskaya model', real'no opisyvayushaya rassmatrivaemyi fizicheskii ob'ekt (v dannom sluchae strukturu voznikayushego techeniya v rezul'tate vzaimodeistviya solnechnogo vetra s mezhzvezdnoi sredoi).

Asimmetriya kartiny obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnoi sredoi otnositel'no napravleniya nabegayushego potoka (sm. ris. 3 i 5) privodit k drugim kosvennym vozmozhnostyam opredeleniya formy i razmera geliosfery. Na kosmicheskih apparatah VOYaDZhER i PIONER sistematicheski nablyudaetsya izmenenie so vremenem (modulyaciya) harakteristik galakticheskih kosmicheskih luchei. Izmereniya na raznyh apparatah pozvolyayut opredelyat' (hotya i ochen' grubo) radial'nye, shirotnye i dolgotnye gradienty ih intensivnosti, kotorye mogut byt' razlichnymi v raznyh napravleniyah. Modulyaciya galakticheskih kosmicheskih luchei svyazyvaetsya s processami ih diffuzii v geliosfere, a nalichie geliosfernoi udarnoi volny yavlyaetsya vazhnym faktorom v izmenenii ih spektra i intensivnosti. Spektry i intensivnost' galakticheskih kosmicheskih luchei dolzhny sil'no razlichat'sya v golovnoi i hvostovoi chastyah geliosfery iz-za otmechennoi vyshe asimmetrii kartiny obtekaniya. V chastnosti, spektry kosmicheskih luchei, poluchaemye v nastoyashee vremya na apparatah VOYaDZhER 1 i VOYaDZhER 2, udalyayushihsya ot Solnca v storonu nabegayushego potoka mezhzvezdnoi sredy (v "podvetrennuyu" storonu), dolzhny otlichat'sya ot spektrov, poluchaemyh na apparate PIONER 10, idushem v hvost geliosfery. Ocenki na osnove takih izmerenii dayut razmer oblasti sil'nogo izmeneniya fizicheskih harakteristik galakticheskih kosmicheskih luchei ot 50 a.e. i bolee, chto sootvetstvuet rasstoyaniyu do geliosfernoi udarnoi volny. Eti ocenki sil'no zavisyat ot urovnya solnechnoi aktivnosti, spektra galakticheskih luchei v mezhzvezdnoi srede, kotoryi ploho izvesten, a takzhe ot prinyatoi modeli obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom.

Polety apparatov tipa VOYaDZhER i PIONER predostavlyayut unikal'nuyu vozmozhnost' pryamyh izmerenii parametrov plazmy, magnitnogo polya, kosmicheskih luchei i t. p. na geliocentricheskih rasstoyaniyah v neskol'ko desyatkov i soten astronomicheskih edinic. V svyazi s etim stanovitsya osobenno aktual'noi problema postroeniya adekvatnoi gazodinamicheskoi modeli, pozvolyayushei, vo-pervyh, predskazyvat' rezul'taty budushih eksperimentov i, vo-vtoryh, pravil'no interpretirovat' uzhe poluchennye dannye. V chastnosti, pryamye izmereniya srednih parametrov plazmy i magnitnogo polya pri pomoshi apparatov VOYaDZhER i PIONER na rasstoyaniyah ot Solnca do 50 a.e. podtverdili osnovnye vyvody teorii solnechnogo vetra: ego skorost' nosit giperzvukovoi harakter i slabo zavisit ot geliocentricheskogo rasstoyaniya, a plotnost' elektronov padaet pochti obratno proporcional'no kvadratu rasstoyaniya ot Solnca. Okazalos', chto i mezhplanetnoe magnitnoe pole vedet sebya v polnom sootvetstvii s teoriei Parkera, soglasno kotoroi ono podchinyaetsya zakonu spirali Arhimeda. V ramkah modeli vzaimodeistviya solnechnogo vetra s mezhzvezdnoi sredoi eto sovpadenie vpolne estestvenno, poskol'ku vliyanie atomov vodoroda, pronikayushih v solnechnyi veter, iz-za effektov perezaryadki nesushestvenno na takih geliocentricheskih rasstoyaniyah.

Izmereniya parametrov mezhplanetnoi plazmy pri pomoshi kosmicheskih apparatov v techenie dlitel'nogo vremeni provodilis' pochti v ploskosti ekliptiki. Dlya izmereniya parametrov solnechnogo vetra vne ploskosti ekliptiki v oktyabre 1990 goda pod egidoi Evropeiskogo kosmicheskogo agentstva zapushen kosmicheskii apparat ULISS. Na ris. 7 izobrazheny traektoriya etogo apparata i vremya prohozhdeniya harakternyh oblastei mezhplanetnogo kosmicheskogo prostranstva. Zdes' 1 – zapusk apparata ULISS (oktyabr' 1990 goda), 2 – orbita Zemli, 3 – moment vstrechi s Yupiterom (fevral' 1992 goda), 4 – prohozhdenie yuzhnoi polyarnoi oblasti okolo Solnca (mai-sentyabr' 1994 goda), 5 – prohozhdenie severnoi polyarnoi oblasti okolo Solnca (mai-sentyabr' 1995 goda), 6 – orbita Yupitera. Izmereniya parametrov plazmy i mezhplanetnogo magnitnogo polya vne ploskosti ekliptiki mogut dat' otvet na vazhnyi dlya gazodinamicheskoi teorii vopros o stepeni nesferichnosti solnechnogo vetra. Nalichie odnovremennyh izmerenii na raznesennyh v prostranstve kosmicheskih apparatah VOYaDZhER 1, VOYaDZhER 2, PIONER 10, PIONER 11 i ULISS daet unikal'nuyu vozmozhnost' opredeleniya (hotya i ochen' grubogo) prostranstvennoi struktury geliosfery.

Ris. 7. Traektoriya kosmicheskogo apparata ULISS, zapushennogo v oktyabre 1990 goda dlya issledovaniya mezhplanetnogo kosmicheskogo prostranstva vne ploskosti ekliptiki. Poyasneniya sm. v tekste

5. Nekotorye problemy budushego razvitiya teorii

Sovremennye modeli vzaimodeistviya solnechnogo vetra s mezhzvezdnoi sredoi ne uchityvayut mnogih fizicheskih yavlenii, kotorye okazyvayut vliyanie na kolichestvennye rezul'taty. Tak, naprimer, naibolee prodvinutaya model', rassmotrennaya podrobno vyshe s uchetom odnogo iz samyh glavnyh effektov – effekta prisutstviya v mezhzvezdnoi srede neitral'nyh atomov vodoroda, ne prinimaet vo vnimanie vozmozhnogo vliyaniya mezhzvezdnogo magnitnogo polya. Hotelos' by ponyat', naskol'ko sil'no anomal'naya komponenta kosmicheskih luchei (o prirode anomal'noi komponenty kosmicheskih luchei sm. stat'yu Yu.I. Stozhkova "Kosmicheskie luchi" v etom tome) vliyaet na harakteristiki modeli (ocenki pokazyvayut, chto vliyanie galakticheskih kosmicheskih luchei nesushestvenno). Esli izmereniya na apparate ULISS pokazhut, chto techenie solnechnogo vetra v srednem sil'no otklonyaetsya ot sfericheski-simmetrichnogo, to neobhodimo budet razvivat' trehmernuyu model' ego vzaimodeistviya s mezhzvezdnoi sredoi. Nestacionarnye processy, proishodyashie na Solnce, trebuyut razvitiya modelei, zavisyashih ot vremeni. Ochevidno, chto usovershenstvovaniya teoreticheskoi modeli sleduet delat' v tesnom kontakte s rezul'tatami eksperimentov, kotorye provodyatsya seichas i kotorye budut provodit'sya v blizhaishem budushem.

Literatura

1. Hundhauzen A. Rasshirenie korony i solnechnyi veter / Per. s angl. M.: Mir, 1976.
2. Parker E.N. Dinamicheskie processy v mezhplanetnoi srede / Per. s angl. M.: Mir, 1965.
3. Baranov V.B., Krasnobaev K.V. Gidrodinamicheskaya teoriya kosmicheskoi plazmy. M.: Nauka, Fizmatlit, 1977.